Neue dehnbare Roboterhaut verhindert taktile Fehlmessungen
Künstliche Haut, die dehnbar ist, kann unerwünschte Messergebisse produzieren. Die E-Skin texanischer Forscher liefert dagegen richtige taktile Werte.
Professorin Nanshu Lu zeigt die dehnbare künstliche Haut mit integiertem Hybrid-Sensor.
(Bild: University of Texas)
Wissenschaftler der University of Texas (UT) haben die wohl erste dehnbare elektronische Haut entwickelt, die trotz ihrer Elastizität eine hohe Messgenauigkeit liefert. Die künstliche Haut könnte Robotern dabei helfen, ihre Umwelt taktil genauer zu erfassen, etwa mit berührungsempfindlichen Händen. Solche Roboter könnten überall dort eingesetzt werden, wo sie auf Berührungen reagieren können müssen wie beispielsweise in der Pflege.
Künstliche Roboterhaut muss dehnbar und flexibel sein, zugleich aber auch Berührungen mit einer hohen Messgenauigkeit erkennen können. Den bisher entwickelten Techniken gelingt es nicht, beide Ansprüche zusammenzubringen. Nun haben Wissenschaftler aus Austin im Bundesstaat Texas eine Technik entwickelt, die beides erfüllt, wie sie in dem wissenschaftlichen Paper "Stretchable hybrid response pressure sensors" beschreiben, der in der Fachzeitschrift Matter erschienen ist.
"Ähnlich wie die menschliche Haut sich dehnen und biegen muss, um sich unseren Bewegungen anzupassen, gilt dies auch für die E-Skin", sagt Nanshu Lu, Professorin der Abteilung für Luft- und Raumfahrttechnik und technische Mechanik der Cockrell School of Engineering und Leiterin des Projekts. "Egal, wie sehr sich unsere E-Skin dehnt, die Druckreaktion ändert sich nicht, und das ist ein großer Erfolg."
Das Problem bei der Entwicklung der künstlichen Haut war es, zu vermeiden, dass die Messergebnisse bei Dehnungen negativ beeinflusst werden. Denn bei der Verformung werden zugleich Druck- und Zugkräfte ausgeübt, die ein Rauschen erzeugen, das die Fähigkeit der Sensoren beeinflusst, nur den gewünschten taktilen Druck zu messen. In der Praxis könnte das dazu führen, dass ein damit ausgerüsteter Roboter etwa zu stark zugreift.
Hybrid-Sensor für die künstliche Haut
Die Forscher setzen für ihre künstliche Haut auf einen hybriden Reaktionsdrucksensor, an dem sie nach eigenen Angaben bereits seit mehreren Jahren gearbeitet haben. Der Sensor kombiniert die Erfassung von Drücken kapazitiv und widerstandsbehaftet zugleich. Unter Druck werden beide Erfassungsarten angewendet, bei Zugkräften lediglich die kapazitive Methode. Unter Zug werden die gemessenen Kräfte dann negiert. Den Sensor kombinierten die Wissenschaftler mit dehnbaren Isolier- und Elektrodenmaterialien, um daraus die künstliche, drucksensitive Haut zu erstellen.
Die Wissenschaftler der UT arbeiten nun daran, mögliche Anwendungsgebiete für die Roboterhaut zu finden. Derzeit bauen sie zusammen mit Forschern der Abteilung für Informatik des College of Natural Sciences einen Roboterarm, der mit der künstlichen Haut ausgestattet ist. Ein weiteres Einsatzgebiet sind etwa Pflegeroboter, die beim Umgang mit Pflegebedürftigen über besondere taktile Fähigkeiten verfügen müssen, um die Patienten nicht zu verletzen.
Zu der Technik haben die UT-Forscher einen vorläufigen Patentantrag eingereicht. Lu und seine Mitstreiter suchen zusätzlich nach Kooperationspartnern aus der Industrie, speziell Robotikunternehmen, um die künstliche Haut auf den Markt zu bringen.
(olb)